在我国同时存在资源性缺水和水质性缺水，严峻的水形势迫切要求我们必须大力进行污水处理及其资源化，同时由于我国经济水平低，更迫切需要我们研究、推广、应用处理高效、投资节省、运行低耗的污水处理及资源化新技术。涂铁石英砂价格低廉、使用方便，又兼具石英砂所没有的吸附性能；磁种絮凝-高梯度磁分离除磷技术将化学除磷的彻底性与高梯度磁分离的快速、高效的特点很好地结合起来。本研究采用涂铁石英砂这一新型滤料和磁种絮凝-高梯度磁分离这一新工艺，分别对重金属离子废水和含磷废水进行深度处理，并研究了水处理过程中的溶液化学行为，主要内容如下： (1) 采用反复沉淀法和加热蒸发法制备涂铁石英砂，并对涂铁石英砂的铁含量、铁氧化物涂层的附着能力，比表面积、表面形态结构和涂层的物相组成等进行了测定、观察和分析。通过两种方法铁盐的消耗和涂铁砂表面性能的比较，认为加热蒸发法更有效。 (2) 用涂铁石英砂对铅(Ⅱ)、镉(Ⅱ)、砷(Ⅴ)、铬(Ⅵ)四种重金属离子进行吸附实验，考察了离子强度、pH值、共存离子等因素对吸附的影响；研究了铅(Ⅱ)、铬(Ⅵ)的吸附等温线(含吸附方程)、吸附速度(含速度方程)等动力学行为。通过涂铁石英砂与普通石英砂对铅(Ⅱ)、铬(Ⅵ)废水的过滤对比实验，认为涂铁石英砂对重金属离子具有良好的吸附作用。 (3) 研究了磁种、硫酸铝、pH值等对磷的吸附、沉淀、凝聚的影响，结果表明：铝(Ⅲ)离子的沉淀作用是除磷的主要原因；磁种的吸附作用对除磷的贡献较小，但使磷酸盐沉淀物的沉降性能大大提高；pH值既影响沉淀作用，也影响吸附作用。 (4) 以城市污水为对象，以除磷为线索，进行磁种絮凝-高梯度磁分离实验。通过对各工艺因素的研究，确定一处理效果好，成本低的优化条件，并在优化条件的基础上，进行了扩大试验。扩大试验结果表明：城市污水经处理后达到国中南大学博士学位论文家一级排放标准，污水厂出水经处理后达到了某些回用水标准。该工艺用于城市污水深度除磷，目前国内外未见报导。 (5)通过溶液化学计算，从理论上分析了重金属离子、磷酸根离子、铝离子等在溶液中的存在状态和磷酸铝的溶解性能，以及它们受pH值变化的影响，并借助乙电位、红外光谱等分析手段，探讨了重金属离子在涂铁石英砂上的吸附机理和磷酸盐沉淀物与磁种异凝聚的作用机理。分析并阐明了高梯度磁分离去除水中污染物的基本原理。